Swiss steelweek+ 2021
During an earthquake, steel frame buildings with bracings are prone to high absolute floor acceleration demands, thereby causing damage to acceleration-sensitive non-structural elements and building content. Inelastic deformations in steel bracings and/or their end connections often necessitate the use of capacity design rules to meet the life safety requirements established by seismic design standards. This paper presents an alternative steel frame building configuration where energy dissipation is mostly achieved through friction dampers acting as dissipative connectors between the floor diaphragms and the steel frame(s) with bracings. The dampers consist of friction pads made from composite materials which are not susceptible to galvanic corrosion. Physical experiments suggest that the friction pads are effective in dissipating the seismic energy through friction. Nonlinear response history analyses of a prototype 6-storey steel frame building featuring friction dampers as dissipative floor connectors demonstrate that a) higher mode effects are mitigated; b) capacity-design in the steel frame(s) with bracings is not imperative to ensure a uniform lateral drift distribution; and c) the seismic response variability in storey-based engineering demand parameters is reduced remarkably compared with that of the conventional counterpart with rigid diaphragms. All-in-all, the alternative building configuration has high potential to minimize earthquake-induced repairs over a building's service life.

Schadensresiliente Stahlkonstruktionen für ein verbessertes seismisches Tragverhalten bei mehreren Erdbeben während der Lebensdauer
Während eines Erdbebens sind Stahlrahmen mit Verbänden anfällig für hohe absolute Gebäudebeschleunigung, wodurch beschleunigungsempfindliche nichttragende Bauteile und Komponenten beschädigt werden. Inelastische Verformungen in den Verbänden und/oder ihren Endverbindungen erfordern die Anwendung von Kapazitätsregeln, um die Anforderungen von Erdbebennormen im Grenzzustand der Tragfähigkeit zu erfüllen. Diese Arbeit stellt ein alternatives Stahltragwerk vor, bei dem die Energiedissipation hauptsächlich durch Reibungsdämpfer erreicht wird, die als dissipative Verbindungen zwischen den Decken und dem/den Stahlrahmen/n mit Verbänden wirken. Die Dämpfer bestehen aus Reibbelägen in Verbundwerkstoffen, die nicht anfällig für Bimetallkorrosion sind. Versuche deuten darauf hin, dass die Reibungsdämpfer die seismische Energie durch Reibung wirksam dissipieren. Nichtlineare Zeitverlaufsberechnungen eines sechsstöckigen repräsentativen Stahltragwerks mit Reibungsdämpfern als dissipative Deckenanschlüsse zeigen, dass a) Effekte höherer Moden gemildert werden, b) eine Kapazitätsauslegung der Stahlrahmen mit Verbänden nicht zwingend erforderlich ist, um eine über die Höhe gleichmäßig verteilte Stockwerksverschiebung zu gewährleisten, und c) die Streuung stockwerksbezogener, seismischer Bemessungsparameter im Vergleich zu konventionellen, starren Anschlüssen an die Decken erheblich reduziert ist. Im Großen und Ganzen hat der alternative Tragwerkstyp ein hohes Potenzial, erdbebenbedingte Reparaturen über die Lebensdauer eines Gebäudes zu minimieren.

Im vorliegenden Aufsatz wird die Anwendung des hochfesten Stahls S700MC für dissipative Elemente in erdbebensicheren Stahlkonstruktionen vorgestellt. Das Verhalten unter zyklischen Lasten wurde experimentell an vollmaßstäblichen Konstruktionen untersucht - hierbei wurde ein hohes Duktilitätsmaß festgestellt, wenn auch geringer als bei den üblichen S235-Stählen. Anschließend wurde die Anwendbarkeit hochfester Stähle beispielhaft für zwei mehrgeschossige Gebäude numerisch erprobt. Die Berechnungen umfassten lineare und nichtlineare statische und dynamische Berechnungen. Damit wurden sowohl die praxisnahe Anwendung als auch die Leistungsfähigkeit und die erwarteten Grenzzustände untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass dissipative Elemente aus hochfesten Stählen insbesondere in verformungsarmen Aussteifungssystemen sinnvoll sind, bei denen nicht die Gebrauchstauglichkeit maßgebend, sondern Dissipation bereits bei geringen Verformungen erwünscht ist.

Seismic resistant buildings with dissipative elements made of high strength steel
This paper presents the application of high strength steel S700MC in dissipative elements of seismic resistant FUSEIS structures. The results of large scale cyclic tests are presented and are used for the development and calibration of nonlinear numerical models. The experimental results indicate high ductility, although reduced compared to those from conventional steels. The seismic design of buildings with such elements is illustrated in two case-studies, first by application of practice-oriented linear methods. Subsequently, their seismic performance is checked by nonlinear static and dynamic analyses. The investigations show that high strength steel may be used in dissipative elements of seismic resistant buildings. However, its advantages come into effect for stiff bracing systems where serviceability criteria do not prevail in design and dissipation at moderate deformations is demanded.

Die Umsetzung der Prinzipien der Kreislaufwirtschaft im Bausektor hat großen Einfluss auf die globalen klimapolitischen Ziele und besitzt großes Potenzial, die Umweltauswirkungen der Herstellung von Bauprodukten und die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren natürlichen Ressourcen zu reduzieren. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über verschiedene Strategien zur Umsetzung von Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft im Allgemeinen und in Bezug auf das Bauwesen. Darüber hinaus werden verschiedene Beispiele und Initiativen beschrieben, die sich mit der Umsetzung dieser Strategien im Stahl- und Metallleichtbau beschäftigen. Insbesondere sind dies die Ressourceneffizienz, die Wiederverwendung sowie das Bauen im und mit dem Bestand.

Circular economy in steel and lightweight metal construction
The implementation of the principles of the circular economy in the construction sector has a major impact on global climate policy goals and has great potential to reduce the environmental impact of the manufacture of building products and the dependence on non-renewable natural resources. This paper provides an overview of different strategies for implementing sustainability and the circular economy in general and in relation to construction. In addition, various examples and initiatives are described that deal with the implementation of these strategies in steel and lightweight metal construction. In particular, these are resource efficiency, reuse and refurbishment.

Aufgrund rechnerischer Defizite in der Ermüdungstragfähigkeit der orthotropen Fahrbahnplatte wurde an der Theodor-Heuss-Brücke ein Monitoringsystem installiert, um Dehnungen an maßgebenden Stellen für ein Jahr zu messen. In Teil 1 dieses Beitrags wurden das Monitoringsystem und Erkenntnisse zum Tragverhalten anhand der Messdaten beschrieben. Dieser zweite Teil schließt mit messwertgestützten Ermüdungsnachweisen und der Lebensdauerprognose an. Grundlage der Auswertungen ist ein numerisches Berechnungsmodell, welches anhand von zwei Probebelastungen in Sommer und Winter kalibriert wird. Unter Berücksichtigung verschiedener Laststellungen werden Übertragungsfaktoren abgeleitet, die die Differenz zwischen Messstelle und maßgebender Nachweisstelle kompensieren. Damit werden die gemessenen Schwingbreitenhistogramme in maßgebende Belastungsspektren transformiert, mit denen schließlich die Lebensdauerprognose erfolgt. Die Auswertungen zeigen, dass für die meisten Bauteile weitere Tragreserven vorhanden sind und eine deutliche Verbesserung gegenüber der Nachrechnung erreicht wird. Einzig die Ecken der Querträgerausnehmungen (Querträgerstegzähne) weisen deutliche Defizite auf, die sich auch im vorhandenen Rissbild widerspiegeln. Über die Zukunft der Theodor-Heuss-Brücke, die von weiteren Faktoren abhängt, wird derzeit entschieden.

Monitoring of the Theodor Heuss bridge in Düsseldorf - part 2: modelling and model improvements for a measurement-based fatigue analysis
Due to calculated deficits in the fatigue bearing capacity of the orthotropic deck, a monitoring system was installed at the Theodor Heuss bridge to measure strains at significant locations for one year. Part 1 of this paper describes the monitoring system and findings on the load-bearing behavior resulting from the measured data. This second part follows with data-based fatigue evaluations and the lifetime prediction. The basis of the evaluations is a structural model, which is calibrated based on two load tests in summer and winter. From this, transfer factors are derived, taking into account different load positions, which compensate the distance of the measuring points to the decisive design points. In this way, the measured stress range histograms are transformed into representative load spectra, which are finally used for the lifetime prediction. The evaluations show that further load reserves are available for most components and that a significant improvement is achieved compared to the recalculation. Only the corners of the floor beam cut-out (cross girder tooth) still show significant deficits, which are also confirmed by the existing cracks. A decision on the future of the Theodor Heuss bridge, which depends on further factors, is currently pending.

Sandwichelemente sind in der Lage, ihre Unterkonstruktion gegen Versagen infolge Stabilitätsverlusts zu stützen. Besonders für die im Metallleichtbau eingesetzten dünnwandigen Z-Kantprofile als Dachpfette lassen sich praxisübliche Spannweiten häufig nur durch Berücksichtigung genannter Stabilisierung realisieren. Die Stabilisierung kann in der Mechanik als eine Kombination aus Schubfeld und Drehbettung beschrieben werden. Für die Lastkombination aus Eigengewicht und Windsog liegt jedoch i. d. R. das Schubfeld am unter Zugspannungen stehenden Gurt an, womit dem System lediglich marginale Stabilisierungseffekte zugeführt werden können. Zudem darf gem. deutschem NA zu DIN EN 1993-1-3 (NCI zu 10.1.5.2(2)) für zuvor genannte Lastkombination keine Stabilisierung infolge einer Drehbettung in Ansatz gebracht werden. Jüngste Untersuchungen zeigten zum einen, dass die in der Literatur angegebene Reduzierung der Drehbettung unter abhebenden Lasten zutrifft, bieten zum anderen jedoch abweichend von den in Fachkreisen kursierenden Ingenieurannahmen zwischen 100 % und 50 % Reduktion eine konkrete Quantifizierungsmöglichkeit. Somit wird eine qualifizierte Einschätzung der ansetzbaren Drehbettung unter abhebenden Lasten, begründet auf Bauteilversuchen sowie Berechnungen mithilfe der Methode der finiten Elemente, anhand eines mechanischen Modells ermöglicht. Die wissenschaftlichen Hintergründe hierzu sowie das mechanische Modell sind im nachfolgenden Aufsatz beschrieben.

Stabilization of thin-walled profiles under uplift loads
Sandwich panels are able to support their supporting structure against failure due to loss of stability. Especially for thin-walled Z-profiles used in lightweight metal construction as a purlin, customary span-lengths often only can be reached by taking into account stabilization effects, which can be described as a combination of diaphragm and torsional restraint. However, for the load combination of dead weight and wind suction, the diaphragm is usually located on the flange under tensile stress, which means that only marginally stabilization effects can be added to the system. In addition, acc. to the German NA to DIN EN 1993-1-3, no stabilization due to a torsional restraint may be used for the aforementioned load combination. Recent investigations showed on the one hand that the reduction of the torsional restraint under uplifting loads stated in the literature is true, but on the other hand the investigations also offers a quantification of this reduction others than the roughly engineering assumptions of 100 % to 50 % reduction often used in the past. Thus, a qualified estimation of the applicable torsional restraint under uplifting loads is possible, based on component tests and FE-calculations and derived from a mechanical model. The following publication describes the scientific background as well as the mechanical mode.

Die Theodor-Heuss-Brücke in Düsseldorf ist die älteste Schrägseilbrücke Deutschlands und die weltweit erste mit harfenförmig angeordneten Seilen. Seit ihrer Fertigstellung 1957 ist die Verkehrsbelastung stetig gestiegen. Wie bei vielen anderen älteren Brücken mit orthotropen Fahrbahnplatten führte dies mit der Zeit zu Schäden - u. a. in Form von Rissen. Eine Nachrechnung des Bauwerks zeigt deutliche Defizite - insbesondere hinsichtlich der Ermüdung in der orthotropen Fahrbahnplatte. Daher wurde 2019 ein Monitoringsystem aus über 80 Sensoren am Bauwerk installiert und über ein Jahr betrieben. Der Beitrag zeigt die Entwicklung des Monitoringkonzepts, seine Umsetzung und Auswertung. Aus den Messdaten werden Erkenntnisse zum Tragverhalten abgeleitet. So zeigt sich ein signifikanter Zusammenhang zwischen den ermüdungswirksamen Beanspruchungen und der Temperatur. Einerseits wirkt die steife Asphaltschicht beim Lastabtrag mit, andererseits bewirkt sie eine größere Lastverteilung. Auch zeigt das Monitoring, dass der Einfluss von Radlasten dominiert und eine Ablastung über das zulässige Fahrzeuggesamtgewicht nur geringen Nutzen hat. Vielmehr sind die Radlasten zu begrenzen, um die Bauteile der Fahrbahnplatte zu entlasten.

Monitoring of the Theodor-Heuss-bridge in Düsseldorf - part 1: motivation, monitoring concept and structural behavior findings
The Theodor-Heuss-bridge in Düsseldorf is Germany's oldest cable-stayed bridge and the world's first bridge with harp-shaped cables. Since its opening in 1957, the traffic load has increased progressively. As with many other bridges with orthotropic deck slabs, this led to deterioration over time - for instance in the form of cracks. A recalculation of the structure shows significant deficits - especially with regard to fatigue in the orthotropic deck. Therefore, a monitoring system consisting of more than 80 sensors was installed on the structure in 2019 and operated for more than one year. This paper shows the development of the monitoring concept, its implementation and evaluation. Findings on the load-bearing behavior are derived from the measurement data. A significant correlation between the fatigue loads and the temperature is found. On the one hand, the stiff asphalt layer contributes to the load transfer, on the other hand, it has a greater load distribution effect. The monitoring also shows that the influence of wheel loads dominates and that a reduction in the permissible gross vehicle weight has only a small benefit. Rather, the wheel loads must be limited in order to relieve the components of the orthotropic deck.

Im Teil 1 dieses Aufsatzes wurden Diagramme für die Dimensionierung bzw. den Nachweis von unversteiften Beulfeldern vorgestellt. Im vorliegenden Teil 2 werden längs ausgesteifte Beulfelder betrachtet. Insbesondere für ausgesteifte Beulfelder gestalten sich die in DIN EN 1993-1-5 enthaltenen Nachweisformate Methode der wirksamen Breiten und Methode der reduzierten Spannungen als sehr komplex. Aus diesem Grund wurden Diagramme zur Vordimensionierung von Längssteifen entwickelt, die es dem Ingenieur erlauben, mit möglichst wenig manuellem Rechenaufwand zutreffende Abmessungen zu ermitteln. Die Bemessungsdiagramme von Längssteifen verfolgen das Konzept von Mindeststeifigkeiten, welche mithilfe eines Verformungskriteriums aus der linearen Beulanalyse mit verschiedenen Geometrie- und Lastrandbedingungen abgeleitet werden.

Dimensioning tools for stiffened and unstiffened buckling fields according to DIN EN 1993-1-5 - part 2: minimum stiffnesses of longitudinal stiffeners for stiffened buckling fields
In part 1 of this paper, diagrams for the dimensioning and verification of unstiffened buckling zones were presented. In this part 2, longitudinally stiffened buckling fields are considered. Especially for stiffened buckling fields, the verification formats method of effective widths and method of reduced stresses contained in DIN EN 1993-1-5 turn out to be very complex. For this reason, diagrams for the pre-dimensioning of longitudinal stiffeners were developed, which allow the engineer to determine the correct dimensions with as little manual calculation effort as possible. The design diagrams of longitudinal stiffeners follow the concept of minimum stiffnesses, which are derived with the help of a deformation criteria from the linear buckling analysis with different geometry and load boundary conditions.

Die Berechnung geschraubter Kopfplattenverbindungen ist in der EN 1993-1-8 über das sog. T-Stummel-Modell geregelt. Abhängig von den sich einstellenden Verformungen kann es zu sog. Abstützkräften kommen, welche die Schrauben zusätzlich beanspruchen. Diese Effekte werden über das T-Stummel-Modell grundsätzlich abgebildet, allerdings nur für eine begrenzte Anzahl praxisrelevanter Fälle. Eine allgemeingültige Lösung dieses Problems stellt die Discontinuity-Layout-Optimization- (DLO-) Methode dar. Hierbei handelt es sich um eine numerische Methode zur direkten Bestimmung der Traglast, basierend auf dem kinematischen Satz und unter Verwendung linearer Optimierungsalgorithmen. In vorangegangenen Arbeiten wurde die Methodik bereits an typischen nicht ausgesteiften und ausgesteiften Kopfplattenverbindungen mit I-Profilen verifiziert. Ziel der vorliegenden Untersuchungen ist es nun, den Anwendungsbereich der DLO auf zugbeanspruchte Hohlprofile mit Kopfplattenanschlüssen und allseitig angeordneten Schrauben zu erweitern. Diese Anschlüsse können über die EN 1993-1-8 nicht vollständig abgebildet werden, da allfällige globale Fließlinienmuster durch die Norm nicht abgedeckt sind. Daher wurden die berechneten Traglasten durch Versuche verifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass die DLO ein geeignetes Mittel zur Berechnung solcher Verbindungen ist und dass die Anwendung, im Vergleich zur FEM, deutlich einfacher und zudem normenkonform ist.

Limit analysis of bolted flange-plate connections in hollow section members using DLO
The calculation of bolted flange-plate connections is ruled in EN 1993-1-8 via the so-called T-stub model. Depending on the deformations, so-called prying forces can occur. These effects are included in the T-stub model but only for a limited number of practical cases. A general solution to this problem is the Discontinuity Layout Optimization (DLO) method. The DLO is a numerical method for the direct determination of the ultimate load, based on the upper bound theorem and by using linear optimization algorithms. In previous research, the methodology has already been verified on typical unstiffened and stiffened end-plate connections with I-sections. The presented investigations aim to extend the application range of the DLO to flange-plate connections in tension with all-sided bolts in hollow section members. These connections are not fully represented by EN 1993-1-8 since global yield line patterns are not covered. Therefore, the calculated ultimate loads were verified by tests. It could be shown that the DLO is a suitable method for calculating such connections and that the application, compared to the FEM, is significantly simpler and conforms to the standard.

Die Festlegung von Zähigkeitsanforderungen für tragende Stahlstrukturen für Mobilkrane basiert bis heute größtenteils auf Erfahrungswerten oder deren Herleitung ist nicht transparent und nachvollziehbar. Mit bruchmechanischen Methoden konnten erstmals die Anforderungen an die Werkstoffzähigkeit für ein sprödbruchsicheres Betreiben differenziert bewertet und nachvollziehbar quantifiziert werden. Die vorgestellte Methodik lässt für verschiedene Bauteile, Beanspruchungsbedingungen und Vorgaben für Schweißnahtunregelmäßigkeiten die zu erwartende Lebensdauer sowie die erforderliche Werkstoffzähigkeit abschätzen.

Brittle fracture resistance of high-strength steels in mobile crane engineering
The definition of toughness requirements for load-bearing steel structures for mobile cranes are largely based on empirical values or their derivation is not transparent and understandable. For the first time, fracture mechanical methods enabled the assessment of requirements for material toughness for brittle fracture-proof operation in a differentiated manner and quantified in a comprehensible manner. The methodology presented, allows the expected service life and the required material toughness to be estimated for various components, load conditions and specifications for weld seam irregularities.

Am 17. September 2020 ist ein Tanklaster auf der Autobahn A 40 zwischen Duisburg und Mülheim unterhalb von Eisenbahnüberführungen der DB AG vollständig ausgebrannt. Ein Teil der fünf Brückentragwerke wurde durch die extreme Temperaturentwicklung derart stark beschädigt, dass die Trag- und Verkehrssicherheit nicht mehr bestand und in Folge die betroffenen Strecken der DB AG gesperrt werden mussten. Durch die sofort begonnene technische Bearbeitung der Ersatzneubauten und die schnellen bahninternen und behördlichen Genehmigungen konnten der Neubau der Widerlager und des Mittelpfeilers, die Montage der Hilfsbrücken und die Errichtung des Gleiskörpers innerhalb kürzester Zeit durchgeführt werden. Die Wiederinbetriebnahme der gesperrten Strecken erfolgte bereits am 28. Dezember 2020 (Bauwerk 3) und am 6. September 2021 (Bauwerke 2, 4). Nur durch die Verwendung von Zwillingsträgerhilfsbrücken des Typs ZH26 aus dem Bestand der DB AG konnte der kurzfristige Ersatz der havarierten Brücken realisiert werden. Die gesamte Baumaßnahme wird nachfolgend beschrieben. Es werden die Hilfsbrückensysteme der DB AG und ihre Anwendungsgrenzen vorgestellt. Die Verlegung von zwei hintereinanderliegenden Hilfsbrücken als Hilfsbrückenkette und die Verwendung als Dauerbehelf bedingen bahninterne Genehmigungsverfahren. Die dazu erforderlichen Nachweise und die zum Nachweis der Ermüdungssicherheit erforderliche gutachterliche Stellungnahme zur Dauerhaftigkeit der Schraubenverbindungen werden beschrieben.

Use of twin girder auxiliary bridges in the course of an emergency project for crossing the BAB 40
On 2020/09/17 a damaged fuel tanker completely burnt-out under a railway bridge over the German motorway A 40 between Duisburg and Mülheim a. d. R. Three out of five bridges had been damaged by the extremely high temperature that the structural and transport safety could no longer be ensured. Therefore the affected railway tracks of the DB Netz AG had to be shut. Immediately after the recording of damages, one bridge structure had been demolished. Due to the immediate detailed design for the replacement and the DB-internal as well as the governmental approvals the erection of the complete structure, including foundations, auxiliary bridges and rail system could be realized in a minimum amount of time. The initial operation of the bridges took place on 2020/12/28 (bridge 3) and 2012/09/06 (bridges 2, 4). Only by the use of twin-girder-auxiliary-bridges type ZH26 of the DB Netz AG the short-term replacement of the damaged bridges could be realized. Subsequent the whole building process is described. The available auxiliary-bridge-systems of the DB Netz AG and their limitations of use are summarized additionally. The use of the auxiliary-bridges as a structural chain as well as the use as permanent makeshift require DB-internal approvals. The required verifications, especially fatigue design, and the therefore required expertise for the durability of the bolted connections are described as well.

Die Entscheidung, bei der Stadtbahnbrücke erstmals Zugglieder aus Carbon für die Hänger eines Netzwerkbogens einzusetzen, wurde zunächst vor dem Aspekt der außergewöhnlich guten Ermüdungsfestigkeit und der daraus resultierenden möglichen Reduktion der Querschnitte getroffen. Erst in der weiteren Planung zeigte sich das Potenzial dieser Lösung auch im Hinblick auf das Gesamttragverhalten des Systems Netzwerkbogen durch Vergleichmäßigung der Hängerkräfte, Vermeidung von auf Druck ausfallenden Hängern sowie die vorteilhaften dynamischen Eigenschaften der leichten, hoch vorgespannten Zugglieder. Ergänzend zu den bereits veröffentlichten Beiträgen zum Entwurf und Tragverhalten der Stadtbahnbrücke, dem Tragprinzip des Carbonnetzwerkbogens und zu deren Fertigung und Montage soll in diesem Beitrag auf die Carbonhänger und deren Verankerungen an Bogen und Deck eingegangen werden.

Carbon network arch - lessons from the first use of carbon network cables
The decision to use carbon cables for the hangers of the network arch of the light rail bridge Stadtbahnbrücke was originally based on the extraordinarily good fatigue strength and the resulting possible reduction of the sections. It was only during further planning that the potential of this solution also became apparent in terms of the overall load-bearing behavior of the network arch system due to the equalization of the hanger forces, the avoidance of hangers slackening, and the advantageous dynamic properties of the lightweight, highly prestressed tensile elements. In addition to the previously published articles on the design and load-bearing behavior of the light rail bridge, the load-bearing principle of the carbon network arch, and its fabrication and erection, this contribution will focus on the carbon hangers and their anchorages to the arch and deck.

Ausgesteifte Beulfelder im Brückenbau sind in Deutschland mit der Methode der reduzierten Spannungen (MRS) nach DIN EN 1993-1-5 nachzuweisen. Unausgesteifte Beulfelder dürfen dagegen entweder nach der Methode der effektiven Breiten oder nach der Methode der reduzierten Spannungen nachgewiesen werden. Um die insbesondere für ausgesteifte Beulfelder vorherrschende aufwendige Nachweisführung der genormten Nachweisformate für die Vordimensionierung zu verkürzen, werden im vorliegenden Aufsatz Teil 1 auf Basis der MRS durch Umformulierung des Beulnachweises Diagramme für unausgesteifte Beulfelder entwickelt und dargestellt, die eine schnelle Vordimensionierung ermöglichen. Mit den Diagrammen lässt sich die Dimensionierung von Blechdicken und Steifenabständen in wenigen einfachen und nachvollziehbaren Arbeitsschritten durchführen. Die Auswahl der Diagramme erfolgt anhand der Geometrieparameter a, b und t bzw. der zutreffenden Belastungen. Für ausgesteifte Beulfelder können die maximal zulässigen Abstände der Längssteifen oder die erforderliche Hauptblechdicke ermittelt werden. Im zweiten Teil dieses Aufsatzes werden ergänzend Diagramme für die Dimensionierung von Längssteifen über die Ermittlung von Mindeststeifigkeiten vorgestellt. Die Mindeststeifigkeiten werden dazu aus der Geometrie der linearen Beulformen von einfach ausgesteiften Beulfeldern abgeleitet.

Dimensioning tools for stiffened and unstiffened buckling plates according to DIN EN 1993-1-5 - part 1: unstiffened buckling plates
In Germany, stiffened buckling plates in bridge construction must be verified using the reduced stress method (MRS) according to DIN EN 1993-1-5. Unstiffened buckling panels, on the other hand, may be verified either according to the method of effective widths or according to the method of reduced stresses. To shorten the time-consuming verification of the standardised verification formats for pre-dimensioning, which is particularly prevalent for stiffened buckling fields, part 1 of this paper develops and presents diagrams for unstiffened buckling fields based on the MRS by reformulating the buckling verification, which enable fast pre-dimensioning. With the diagrams, the dimensioning of plate thicknesses or stiffener spacings can be carried out in a few simple and comprehensible steps. The diagrams are selected based on the geometry parameters a, b and t or the applicable boundary conditions. For stiffened buckling panels, the maximum permissible distances of the longitudinal stiffeners or the required main plate thickness can be determined. In the second part of this paper, diagrams for the dimensioning of longitudinal stiffeners via the determination of minimum stiffnesses are presented. The minimum stiffnesses are derived from the geometry of the linear buckling shapes of simply stiffened buckling fields.

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Knuth-Michael Henkel zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Die Ermüdungsfestigkeit von Stahlbauschrauben wird maßgeblich von Herstellungseinflüssen beeinflusst. In den Bemessungsgrundlagen werden diese Einflussfaktoren, abhängig vom jeweils herangezogenen Regelwerk, sehr uneinheitlich berücksichtigt. Insbesondere für Schrauben großer Durchmesser, wie sie z. B. bei Windenergieanlagen in hoher Stückzahl zum Einsatz kommen, war eine experimentelle Grundlage zur Bewertung verschiedener Einflüsse in der Vergangenheit nur sehr begrenzt verfügbar. Im Teil 1 des vorliegenden Beitrags wird der bisherige Kenntnisstand dargelegt, der die maßgebenden Einflussgrößen auf die Ermüdungsfestigkeit von Schrauben im Stahlbau beschreibt. Hieraus werden von den Verfassern die Grundlagen zur Bewertung von bestehenden und (242) bislang unveröffentlichten Ergebnissen aus Schwingfestigkeitsuntersuchungen an axial belasteten Schraube-Mutter-Verbindungen bis zur Nenngröße M64 abgeleitet, die im Teil 2 dieses Beitrags enthalten sind. Im Vordergrund stehen dabei der Größen- und Randschichteinfluss, der Einfluss der Gewindeherstellung sowie der Beanspruchungszustand aus der ziehenden Anziehpraxis.

On fatigue strength of large-size bolt-assemblies in steel constructions under consideration of manufacturing and surface condition related impacts - part 1: state of knowledge
Manufacturing related impact factors significantly affect the fatigue strength of bolt assemblies used in steel constructions. The effects are taken into account very inconsistently in the design bases, depending on the normative reference used. Especially for bolt assemblies with large diameters, as they are commonly applied in large numbers at towers for wind energy plants, only a very limited experimental background for assessment of relevant impact factors has been available in the past. Part 1 of this paper presents the state of knowledge regarding the decisive influencing variables on the fatigue strength of bolts in steel structures. From this state of knowledge, the authors derive the basis for evaluating existing and (242) previously unpublished results from fatigue tests on axially loaded bolt nut connections up to nominal size M64, which are included in Part 2 of this paper. The focus is on the influence of size and surface layers, the influence of thread fabrication as well as the stress condition from the pulling assembly practice.

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Knuth-Michael Henkel zur Vollendung seines 60. Lebensjahres gewidmet
Die Ermüdungsfestigkeit von Stahlbauschrauben wird maßgeblich von Herstellungseinflüssen beeinflusst. In den Bemessungsgrundlagen werden diese Einflussfaktoren, abhängig vom jeweils herangezogenen Regelwerk, sehr uneinheitlich berücksichtigt. Insbesondere für Schrauben großer Durchmesser, wie sie z. B. bei Windenergieanlagen in hoher Stückzahl zum Einsatz kommen, war eine experimentelle Grundlage zur Bewertung verschiedener Einflüsse in der Vergangenheit nur sehr begrenzt verfügbar. In diesem Beitrag werden Ergebnisse von 20 verschiedenen, größtenteils in der jüngeren Vergangenheit durchgeführten Versuchsserien an drei unterschiedlichen hochfesten Schraubensystemen mit variierenden Herstellungsbedingungen vorgestellt und bewertet. Die Datenbasis streckt sich über einen Durchmesserbereich zwischen M12 und M64 und legt den Fokus auf Versuche mit hohem repräsentativem Mittelspannungsniveau. Die Ergebnisse werden unter Einbeziehung der in der Fachliteratur beschriebenen Erkenntnisse in Bezug auf unterschiedliche Herstellungseinflüsse bewertet und den Regelungen der relevanten internationalen normativen Bemessungsgrundlagen gegenübergestellt. Dabei werden zusätzlich zu den Ergebnissen von Schwingfestigkeitsversuchen ergänzende metallografische Untersuchungen zur Bruchflächengestalt sowie zum Rand- und Schutzschichtzustand herangezogen. Auf dieser Basis werden abschließend Handlungsempfehlungen abgeleitet und ein Ausblick auf weitere zielführende Untersuchungen gegeben.

On fatigue strength of large-size bolt-assemblies in steel constructions under consideration of manufacturing and surface condition related impacts - part 2: evaluation of fatigue tests
Manufacturing related impact factor significantly affect the fatigue strength of bolt assemblies used in steel constructions. The effects are taken into account very inconsistently in the design bases, depending on the normative reference used. Especially for bolt assemblies with large diameters, as they are commonly applied in large numbers at towers for wind energy plants, only a very limited experimental background for assessment of relevant impact factors has been available in the past. This paper presents and evaluates results from 20 different fatigue test series, most of them conducted in the recent past on three different high-strength bolt assembly systems with varying manufacturing conditions. The data base covers a diameter range between M12 and M64 and focuses on test series with high mean stress in a representative order of magnitude for practical application of the bolts. Based on the knowledge given in the relevant literature, the test results are evaluated regarding the impact of different manufacturing related effects. Furthermore, the results are compared to the specifications of the relevant international normative guidelines. In addition to the results of fatigue tests, supplementary metallographic examinations of the fracture surface shape and surface-layer condition behavior are taken into account. On this basis, the paper derives recommendations for future design considerations and gives an outlook on further expedient investigations.

Der Werkstoff Stahlguss ist aufgrund seiner hohen mechanischen Beanspruchbarkeit und der nahezu freien Formgebung theoretisch ideal für den Einsatz in ermüdungsbeanspruchten Konstruktionen geeignet. Allerdings wird der Bauteilwiderstand durch herstellungsbedingte Ungänzen beeinflusst. Aufgrund bislang fehlender Kenntnisse und in Ermangelung einfach anwendbarer Bemessungsansätze wird in der Praxis der Einsatz von Stahlguss meist vermieden oder aber durch häufig vermeidbare höchste Qualitätsanforderungen unnötig verteuert. Die pauschale Wahl der höchsten Qualitätsstufe ist wegen des hohen Herstellungsaufwands unwirtschaftlich und unter technischen Gesichtspunkten nicht im gesamten Bauteil erforderlich, da selbst größere Gussfehler die statische und zyklische Leistungsfähigkeit eines Bauteils nicht zwangsläufig reduzieren. In diesem Beitrag wird ein einfach handhabbarer Bemessungsansatz vorgestellt, der eine auf lokalen Beanspruchungen basierende Festlegung der erforderlichen Herstellqualität ermöglicht. Die Verknüpfung zwischen Beanspruchbarkeit und zulässigen Fehlergrößen erfolgt mit neu definierten Widerstandskategorien. Diese neu entwickelte Bemessungsmethode basiert auf der Begrenzung der maximal aufnehmbaren Spannungsschwingbreiten, orientiert sich an etablierten Nachweiskonzepten und ist somit direkt auf eine verhältnismäßig einfache baupraktische Anwendbarkeit ausgerichtet. Einflüsse wie Mittelspannung, Formtoleranzen oder Spannungsgradienten werden berücksichtigt.

Simplified design of cast steel components under fatigue loads
Theoretically, cast steel is ideally suited for use in structures subject to fatigue loads due to its high mechanical strength and virtually free shaping possibilities. However, the component resistance is determined by manufacturing-related imperfections. Due to a lack of knowledge and the absence of easily applicable design approaches, the use of cast steel components is usually rejected or countered by the highest demands on manufacturing quality. This blanket choice is usually uneconomical and not necessary from a technical point of view, since even major casting defects do not necessarily reduce the performance of a component. In this paper, an easy-to-use design approach is presented, which allows the determination of manufacturing quality based on local stresses. The link between fatigue strength and allowable defect sizes is established by newly defined resistance categories. The component design is carried out by limiting maximum stress ranges, is based on established verification concepts, and is thus directly adapted to practical construction applications. Influences such as medium-voltage dependence, shape tolerances, brittle fractures, stress gradients and interaction of neighbouring flaws are considered by reduction factors or additional conditions.

Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hanswille zur Vollendung seines 70. Lebensjahres gewidmet
Stützen in Verbundbauweise zeichnen sich gegenüber herkömmlichen Stahlbetonstützen durch höhere Tragfähigkeiten aus. Ihre Bemessung für den Kaltzustand ist in DIN EN 1994-1-1 geregelt. Einen gebräuchlichen Verbundstützentyp stellt die Hohlprofil-Verbundstütze dar. Durch den Einsatz mehrerer kreisrunder Stahlkerne als Einstellprofile, die sich im Hinblick auf Anzahl und Anordnung im Querschnitt variabel gestalten lassen, wird das Stützentragverhalten wesentlich verbessert. Der mehrkernige Verbundstützentyp wird jedoch nicht vom Anwendungsbereich des in DIN EN 1994-1-1 beschriebenen vereinfachten Nachweisverfahrens für den Nachweis der Gesamtstabilität abgedeckt. Das Regelwerk erlaubt zwar die Bemessung mithilfe des komplexen allgemeinen Bemessungsverfahrens, jedoch ist dieses mit einem hohen numerischen Berechnungsaufwand verbunden. Vor diesem Hintergrund wird in Anlehnung an das vereinfachte Verfahren nach DIN EN 1994-1-1 ein Konzept für ein Rechenverfahren erarbeitet. Im Rahmen des definierten Anwendungsbereichs ermöglicht dieses eine baupraktische Bemessung des mehrkernigen Stützentyps bei planmäßig zentrischem Druck sowie bei kombinierter Beanspruchung aus Druck und Biegung. Grundlage für die Herleitung sind umfangreiche theoretische Untersuchungen zur Beurteilung des Tragverhaltens des Verbundstützentyps.

Multi-core composite column
In comparison to common reinforced concrete columns, composite columns are characterized by higher ultimate loads. The design of these columns under cold conditions is defined in DIN EN 1994-1-1. The concrete-filled steel tube column represents a common type of composite column. By additional use of steel cores as inner sections with variable number and position within the cross-section, the structural behaviour can be considerably improved. However, the multi-core type of columns is not in the scope of the simplified design method in DIN EN 1994-1-1. In this case, the design requires the general design methods with an enormous numerical computational effort. It is the objective to develop a simplified design method for multi-core composite columns according to DIN EN 1994-1-1. The development of the design concept is based on comprehensive theoretical investigations to estimate the structural behaviour of multi-core composite columns.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hanswille zur Vollendung seines 70. Lebensjahres gewidmet
Die Bemessung von Verbundstützen in Stahl und Beton erfolgt nach den Regeln des Eurocode 4. Dabei wird zwischen vereinfachten und dem allgemeinen Nachweisverfahren differenziert. Das allgemeine Nachweisverfahren basiert auf einer umfassenden numerischen Analyse, gefolgt von einer Validierung des Sicherheitsniveaus. Die aktuell gültige europäische Norm EN 1994-1-1:2004 enthält keine detaillierten Informationen zur Anwendung des allgemeinen Nachweisverfahrens. Auch in der Fachliteratur werden nur wenige Informationen bereitgestellt. Dies führt häufig zu Fragen in der Anwendung des Verfahrens und bei der Bewertung der Berechnungsergebnisse. In Deutschland wurden zusätzliche Details zur Anwendung des Verfahrens in den nationalen Anhang (DIN EN 1994-1-1/NA) aufgenommen. Aktuell liegt der Entwurf der zweiten Generation der prEN 1994-1-1:2021 mit komplementären Informationen zum allgemeinen Nachweisverfahren vor. Parallel werden neue Sicherheitsparameter eingeführt, die in EN 1994-1-1 nicht enthalten sind, und der Anwendungsbereich im Hinblick auf die Materialfestigkeiten erweitert. Dieser Beitrag erläutert die Vorgehensweise bei der Bemessung von Verbundstützen nach prEN 1994-1-1 und zeigt Änderungen gegenüber dem aktuell gültigen Eurocode auf.

Design of composite columns in steel and concrete - update prEN 1994-1-1
The design of composite columns follows the rules in accordance to EN 1994-1-1 providing simplified design methods and the general method. Whereby the general method requires an advanced comprehensive FE-Analysis. However, the recent Eurocode 4 does not provide sufficient guidance for the application of the general method and there is not a harmony in the literature on how to conduct it. This often leads to uncertainty among users and discussions on the validation and assessment of the analysis results. Actually, the draft of the second generation of Eurocode 4 (prEN 1994-1-1) is available, including more guidance but also introduces additional safety parameters and extends the application scope in regard to the martial strengths. This paper points out the procedure for the design of composite column with focus on the general method and changes provided by the draft of prEN 1994-1-1:2021.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Klaus Berner zum 80. Geburtstag gewidmet
Bei der Berechnung von Sandwichelementen, die neben Flächenlasten senkrecht zur Ebene und einem Temperaturgradienten auch durch Drucknormalkräfte beansprucht werden, müssen die Effekte nach Theorie II. Ordnung beachtet werden. Die Verformungen aus der Ebene werden unter Berücksichtigung der Schubverformungen des Kernmaterials ermittelt. Dabei ist der Einfluss des Kriechens des Kernmaterials erheblich. Für rein auf Biegung beanspruchte Elemente werden vom jeweiligen Hersteller Kriechbeiwerte für unterschiedliche Belastungsdauern deklariert, da diese je nach Zusammensetzung des Kernmaterials stark variieren. Fraglich ist, auf welche Weise diese Werte für die Bemessung druckbeanspruchter Elemente verwendet werden können. Dazu wurden am Institut für Sandwichtechnik (iS-mainz) der Hochschule Mainz axiale Kriechversuche durchgeführt. Basierend auf den Ergebnissen aus diesem Forschungsvorhaben sowie aus dem FP7-Projekt EASIE unter Leitung des iS-mainz wird ein Bemessungsvorschlag für axial belastete Sandwichelemente unter Berücksichtigung des Kriechverhaltens der Kernschicht vorgestellt, der im Entwurf der prEN 1993-7 Design of steel structures - Sandwich Panels enthalten sein wird.

Creep of axially loaded sandwich panels
In the design of sandwich panels subjected to compressive axial loads (apart from uniformly distributed loads vertical to the plane of the panel and temperature difference) effects according to 2nd order theory must be taken into account. Deflections are determined considering shear deformation of the core material which is highly influenced by creep effects. For pure bending the wide variation of creep coefficients depending on the composition of the core material is considered by sandwich panel producers by declaring creep coefficients for different load time periods. The question is how these coefficients may also be used for the design of axially loaded panels taking into account deformation due to creeping. For this purpose axial creep tests were performed at iS-mainz. Based on the results of both this research and the FP7-project EASIE coordinated by iS-mainz a design procedure for axial loaded sandwich panels is proposed which will also be contained in the draft of prEN 1993-7 Design of steel structures - sandwich panels.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Klaus Berner zum 80. Geburtstag gewidmet
Selbsttragende Sandwichelemente mit beidseitigen Metall-Deckschichten werden im Bauwesen i. d. R. als Mehrfeldträger geplant und verbaut. Hierbei tritt an den Zwischenauflagern stets eine Interaktion zwischen dem druckbelasteten Deckblech und der orthogonal dazu wirkenden Auflagerkraft auf, welche die Biegetragfähigkeit reduzieren kann. Viele Einflussfaktoren auf die reduzierte Tragfähigkeit bleiben in der momentanen Zulassungspraxis (und Bemessung) unberücksichtigt. Im Rahmen eines von der DFG geförderten Forschungsprojekts wurden daher experimentelle, numerische sowie analytische Untersuchungen an Sandwichelementen durchgeführt. Es wurden wesentliche Einflüsse auf die reduzierte Knitterspannung unter einer einwirkenden Querdruckbelastung quantifiziert und ein möglicher Lösungsansatz aufgezeigt, um diese künftig - z. B. im Rahmen der Zulassungsversuche - berücksichtigen zu können.

Moment support interaction of multi-span sandwich panels
Self-supporting double skin metal faced sandwich panels are usually designed and installed as multi-span beams. In this case, there is always an interaction at the intermediate supports between the compressional normal force in the face sheet and the support reaction orthogonally to it, which can reduce the bending capacity. Many effects influencing the reduced load-bearing capacity are not taken into account in current approval practice (and design). Within a research project funded by the DFG, experimental, numerical and analytical investigations were therefore carried out on sandwich panels. The main influences on the reduced wrinkling stress under an applied transverse compressive load were quantified and a possible solution was identified in order to take them into account in the future, e.g. within the scope of the approval tests.

Sandwichelemente reagieren unter Brandbeanspruchung in Abhängigkeit von ihrem Aufbau unterschiedlich. Um eine geeignete Auswahl und Anwendung zu ermöglichen, ist deshalb eine Klassifizierung des Brandverhaltens und der Feuerwiderstandsklasse erforderlich. Da eine solche Klassifizierung nicht für alle Anwendungsfälle im Brandprüfstand untersucht werden kann, sind verifizierte Extrapolationsregeln erforderlich, die eine auf den spezifischen Anwendungsfall bezogene Klassifizierung ermöglichen. Im Rahmen eines von der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine des KIT durchgeführten Forschungsvorhabens wurden Wände aus Sandwichelementen mit Mineralwollkern unter ETK-Brandbeanspruchung geprüft und die Versuchsergebnisse mit den Extrapolationsregeln der DIN EN 15254-5 verglichen sowie darauf basierende Vorschläge zur Extrapolation erarbeitet.

Fire resistance of walls made of sandwich panels with mineral wool core - experimental verification of the extrapolation rules in DIN EN 15254-5 for the fire resistance of walls made of sandwich panels
Sandwich panels fulfil different requirements under fire load depending on their composition. For the selection and application, a classification of the fire behaviour and the fire resistance class is required. Since the classification cannot be investigated for all applications, verified extrapolation rules are required to provide a classification based on the building application. As part of a research program which was conducted by the Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine of the KIT, walls made of sandwich panels with a mineral wool core were tested and the test results were compared with the extrapolation rules of DIN EN 15254-5 and suggestions for extrapolation based on the test results were developed.

Im Jahr 2009 wurde die harmonisierte Norm DIN EN 14509 mit dem Titel “Selbsttragende Sandwichelemente mit beidseitigen Metalldeckschichten” eingeführt. Diese ist in der aktualisierten Form von 2013 bis heute gültig und regelt u. a. die Bemessungsverfahren für Sandwichelemente. Seit Einführung wurde die Windlastmodellierung für die großflächigen Fassadenelemente diskutiert, da die Neuregelung im Zusammenhang mit der Windlastnorm DIN EN 1991-1-4:2012 zu höheren Windlasten, insbesondere im Eckbereich führte. In dieser Studie wurden deswegen die Auswirkungseffekte auf der Strukturebene bestimmt und statistisch bewertet, um ein realistisches Windlastmodell für die betrachtete Bauweise zu erhalten. Es wurden sowohl hochauflösende Windkanalmessungen als auch Bauteilversuche durchgeführt, um reale Lastweiterleitungseffekte an Sandwichsystemen im Originalmaßstab zu identifizieren. Die Überlagerung beider und die statistische Absicherung führten zu dem Ergebnis, dass die bestehenden Modelle keine generelle Lastminderung erkennen lassen und der Nachweis der Elemente auch bez. des Lastwerts in der Gebäudeecke im Wesentlichen zutreffend ist. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass der für die großflächigen Elemente maßgebende Korrelationseffekt, entgegen der derzeitigen Bemessungspraxis, auch für die Verbindungsmittel ansetzbar ist, sodass die Modellierung lokaler Sogspitzen nicht nötig ist und auch hier die cpe,10-Beiwerte aus DIN EN 1991-1-4:2012 genutzt werden können.

Validation of wind loads on structures with sandwich elements
In 2009, the harmonized standard DIN EN 14509 was introduced with the title “Selbsttragende Sandwichelemente mit beidseitigen Metalldeckschichten”. This is still valid today in the updated form of 2013 and regulates, among other things, the design procedures for sandwich elements. Since its introduction, the wind load modeling for the large-surface facade elements has been discussed, since the new regulation in connection with the wind load standard DIN EN 1991-1-4:2012 led to higher wind loads, especially in the corner area. Therefore, in this study, the impact effects on the structural level were determined and statistically evaluated in order to obtain a realistic wind load model for the considered construction method. High-resolution wind tunnel measurements were performed as well as structural tests to identify real load transfer effects on full-scale sandwich systems. The superposition of both and the statistical validation led to the conclusion that the existing models do not show any general load reduction and that the verification of the elements is essentially correct also with respect to the load value in the corner of the building. However, it was shown that the correlation effect that is decisive for the large-area elements can also be applied to the connecting elements, contrary to current design practice, so that the modeling of local suction peaks is not necessary and the cpe,10 coefficients from DIN EN 1991-1-4:2012 can also be used here.

Herrn Dipl.-Ing. Wolfang Eilzer zur Vollendung des 65. Lebensjahres gewidmet.
Im Zuge der neuen Ortsumfahrung der Gemeinde Benningen ist in den vergangenen beiden Jahren eine elegant geschwungene neue Neckarbrücke entstanden. Die 195 m lange Stahlverbundbrücke bildet neben ihrer wichtigen Funktion zur Reduzierung der Verkehrsbelastung in Benningen ein gestalterisch prägendes Bauwerk, das sich in die Umgebung der Weinberge an der Neckarschleife harmonisch einfügt. Das wartungsarme, semi-integrale Tragwerk weist aufgrund seiner doppelt gekrümmten Form im Grund- und Aufriss eine komplexe Geometrie sowie weitere Besonderheiten in der konstruktiven Ausbildung der Detailpunkte auf. Dabei sind insbesondere die nachgiebig auszuführenden Gründungen im Bereich der Flusspfeiler, die monolithische Verbindung der Stummelpfeiler zu den aus Stahlhohlkastenquerschnitten gebildeten Schrägstielen und die Ausbildung der markant gestalteten Rahmenecken zu nennen. Über die daraus resultierenden Herausforderungen und Lösungen innerhalb der Planung und Bauausführung wird im Folgenden berichtet.

Construction of the new Neckar River Bridge in Benningen
In the course of the new bypass around the community of Benningen, an elegantly curved new Neckar River bridge has been built over the past two years. In addition to its important function of reducing the traffic load in Benningen, the 195 m long steel composite bridge forms a structurally defining structure that blends harmoniously into the surroundings of the vineyards on the Neckar loop. The low-maintenance, semi-integral structure has a complex geometry due to its double-curved shape in plan and elevation, as well as other special features in the design of the details. Particular mention should be made of the flexible foundations in the area of the river piers, the monolithic connection of the stub piers to the inclined posts made of hollow steel box cross-sections and the design of the strikingly designed frame corners. The following reports on the resulting challenges and solutions in planning and construction.

Herrn Dipl.-Ing. Wolfang Eilzer zur Vollendung des 65. Lebensjahres gewidmet.
Es wird über den Wettbewerb, die Detailplanung, die Ausschreibung und die Bauausführung des Arpeggio, der Hauptbrücke der Hisingsbronquerung in Göteborg, berichtet. Diese Hubbrücke wird die alternde Klappbrücke aus dem Jahre 1939 ersetzen und für eine bessere Anbindung von Straße, Straßenbahn sowie Geh- und Radwegen der nördlich gelegenen Bereiche an die Stadtmitte beitragen. Durch die Absenkung der Gradiente wurde es möglich, die Länge der Querung kürzer zu gestalten und somit wertvolle Flächen zur weiteren Entwicklung der Stadt zu gewinnen.

Arpeggio - the main bridge of the new Hisingsbron in Gothenborg
It is reported on the competition, detailed design, tendering and construction of the Arpeggio, the main bridge of the Hisingsbron crossing in Gothenburg. This lift bridge will replace the aging bascule bridge from 1939 and will contribute to a better connection of road, tram way and foot and cycle paths from the northern areas to the city center. By lowering the gradient, it was possible to shorten the length of the crossing and thus gain valuable space for the further development of the city.

Herrn Dipl.-Ing. Wolfang Eilzer zur Vollendung des 65. Lebensjahres gewidmet.
Im Zeitraum von 2013, der Veröffentlichung des Wettbewerbs, über die Grundsteinlegung in 2018 bis zur Fertigstellung voraussichtlich Anfang des Jahres 2022 entstand auf dem Campus der Universität Basel ein Labor- und Forschungsgebäude für das Department of Biosystems Science and Engineering (D-BSSE) der ETH Zürich. Zentrales gestalterisches Element des Neubaus ist ein lichtdurchflutetes Atrium, welches mit einem äußerst transparenten Glasdach abschließt. Die gewünschte Leichtigkeit des Tragwerks konnte nur mit einer Gitternetzschale erreicht werden, deren Geometrie in einem Formfindungsprozess optimiert worden ist. Die maximalen Abmessungen des Atriums, dessen Grundriss an ein “Dreieck mit ausgerundeten Ecken” erinnert, betragen etwa 20 m × 35 m. In zwei gegenüberliegenden Ecken des Atriums setzt je eine skulpturale Wendeltreppe einen weiteren architektonischen Akzent. Die beiden Treppen sind freitragend und verbinden zwei bzw. drei Geschosse. Diese drei raumprägenden Stahlobjekte entstanden in intensiver Zusammenarbeit zwischen Architekten und Tragwerksplanern. Auf den Entwurfsprozess und die technischen Herausforderungen bei Planung und Montage der Stahltragwerke wird im Folgenden näher eingegangen.

Atrium roof and steel spiral stairs at the scientific building D-BSSE of ETH Zürich in Basel
On the campus of the University of Basel an outstanding scientific building ist currently being erected. It will be the future home of the Department of Biosystems Science and Engineering (D-BSSE) of ETH Zürich. The planning process started in 2013 following an architectural design competition. Construction began in 2018 and is expected to be completed in 2022. Key element of the building layout is a central atrium. It is covered by an elegant glass roof and therefore floodeded with light. The desired brightness could only be achieved by a gridshell. Its shape is the result of a form-finding process. The atrium's footprint resembles a triangle with rounded corners. Its maximum dimensions are about 20 m × 35 m. Two iconic spiral stairs are located opposite each other in two corners of the atrium. They connect two or three floor levels respectively and span freely between the floor slabs. Those three steel structures, which dominate the atrium's internal space, are the result of a close collaboration between the architect and the structural engineer. This design process, the technical challenges in design and construction are the subject of this paper.

Herrn Dipl.-Ing. Wolfgang Eilzer zur Vollendung des 65. Lebensjahres gewidmet.
Bei Nürnberg entsteht mit dem Bauwerk 396b eine innovative Radwegbrücke über der BAB A 3, die höchsten gestalterischen Ansprüchen genügt und bei der mehrere innovative Technologien Anwendung finden. Die Brücke wurde entsprechend den Vorgaben des Gestaltungshandbuchs der A 3 für den sechsstreifigen Ausbau zwischen Nürnberg und Würzburg als sogenanntes Typ-2-Bauwerk entworfen. Dieser Bauwerkstyp wurde bereits beim benachbarten BW 400c erprobt, der mit einer Auszeichnung beim Deutschen Brückenbaupreis 2020 versehen wurde. Das integrale Rahmenbauwerk mit bogenartig aufgelösten Rahmenecken erhält eine Orthoverbundfahrbahnplatte mit Verbunddübelleisten als Verbundmittel. Als nicht metallische Bewehrung der Fahrbahnplatte kommen Basaltfaserstäbe der Firma DBS zum Einsatz.

Innovative cyclist bridge near Nuremberg
Close to the city of Nuremberg a very innovative cyclist bridge crossing autobahn A 3 is currently under construction. The structure followes the design criteria of the design handbook for the A 3 between Nuremberg an Wurzburg according building type 2 for secondary roads. The first bridge of this type was built previously in the further coarse of the A 3 on building 400c. The integral frame bridge has arch-like curved struts, supporting the superstructure and a ortho-composite roadway slab with concrete-composite dowels as shear connectors. As non-iron reinforcement, basaltic fibre bars manufactured by the company DBS are used.